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自制机器人一:机器爱好者利用家中电器自制5个机器人
机器爱好者利用家中电器自制5个机器人
2008年10月08日11:20 [我来说两句(1)] [字号：大 中 小]
来源：搜狐科学
机器人爱好者史蒂夫-诺里斯（Steve Norris）
【搜狐科学消息】 据国外媒体报道，绝大多数人都曾梦想能自己制造机器人，但这看上去似乎是一个遥不可及的梦。其实他们都没有意识到，其实我们家里已经有足够的材料和设备供我们完成这样伟大的挑战。机器人爱好者史蒂夫-诺里斯（Steve Norris）现年51岁，他利用自家已有的自动化家电以及网络摄象头设计出了很多机器人并能成功对其进行控制。
制作手工机器人是史蒂夫的一大嗜好。作为一名软件工程师，他在家却是一个多面手。DIY机器人的有关学问使他对硬件、电子学、人工智能编程的兴趣完全有效地融合在了一起——一个看上去很酷的工具包就是他的所有工具了。他的家看上去并不象未来主义者美国作家威尔森(Daniel H. Wilson)的家，却给人一种梦想家园般的感觉。在他家里有许多机器宠物、仆人，包括机器脚凳。对于史蒂夫来说，制作一个机器人并不是将能够用到的各个零件随意组装。史蒂夫表示，在制造机器人之前必须清楚地知道，究竟要用它来做什么。根据这样的设计理念，史蒂夫构想出机器人如何移动、它们需要何种类型的传感器与外界取得联系以及需要遵循何种行为指令。他还遵照这种有条不紊的方法来选定制作的材料部件。他所设计的机器人都是采用912兆赫的无线电收发两用机，这能够保证他能轻松地实现对这些机器人的控制。史蒂夫的作品经常登在机器人杂志（Robot Magazine）的图片专栏。史蒂夫表示，他最满意的机器人是‘2001年太空漫游的HAL9000’。他所设计制造的机器人并非让人感到惊恐，而是真实的、功能型的并且非常有趣。以下是他的5个自制机器人：
1.会摆放卡片显示时间的机器人（Stonehenge Robotic Digital Clock）
这款机器人拥有机器手臂，这能让它摆放数字卡片以显示时间。当该机器人的视频呈现在YouTube上时，众多电子公司都显示出了极大的兴趣。很多人都与史蒂夫取得联系，希望他能设计出一款功能更加强大的机器人以放在公司走廊上。在所有设计的众多机器人中，史蒂夫认为这款机器人最简单，最具有制作可行性。所需要的材料仅仅是一个价值800美元的CrustCrawler的灵巧机械臂和一组数字卡片。CrustCrawler 来自视差螺旋桨式芯片，该芯片是一个拥有8个处理器的多功能的微芯控制器。史蒂夫表示：“制作者需要在同一时间干许多事情：启动发动机，让不同发传感器对处理器进行编程以便起着协调的作用。”如果这听上去让你觉得很复杂，不必担心，史蒂夫已经免费为大家提供了指示手臂运动的编码。目前，史蒂夫已经对该机器人反复进行了几次修正并极大得提高了其工作能力。但他还发现口令的延迟有时会使得时间大大滞后，这使他不得不手动调至正确的时间。在接下来的几个月里，他希望能够向人们展示功能更强、更快、更精确的时间机器人。
2.装有摄像头能管理家务的机器人（RoboCam Mobile Camera Platform）
这个网络摄象头被安置在一个离地3英尺高的PVC管道上，管身高约2英尺。史蒂夫将一个网络服务器与自身笔记本相连，通过这个服务器可以对摄象头发出指示，这使得史蒂夫在假期外出时也能如在家一样把所有的门窗关好、宠物猫Mona也能象平时一样玩耍自如。RoboCam基座上有一个家庭机器人平台iRobot Create，它上面装有史蒂夫所需要的传感器。这一机器人具有预编能力，保证能停放在指令要求的位置。当史蒂夫对房子检查完毕时，他只需要将RoboCam 向后调转至指示台，剩下的工作机器人便能独自搞定。史蒂夫认为在不久的将来这种网真技术（telepresence technology）将得到更为广泛地应用，特别是在机器人的制作上。
3.忠实于主人的凳子机器人（RoboStool On-Demand Furniture）
史蒂夫曾在一家商店外思考，为什么不能将一个凳子改装成一个机器人？而RoboStool的设计构想正来源于此。史蒂夫灵光突现，他意识到自己所需要的仅仅是一个电子凳。RoboStool能够很忠诚按照指示移动到主人面前，让主人将腿放在它上面。RoboStool上面有很多传感器，可以有三种方式对其发出指令：遥控；通过红外线航行指标系统；使用热感原理的“跟随我”模式。在RoboStool基座有一些传感器，能够让它绕过障碍物。比如，一组红外传感器能避免它撞到墙壁和人。另外一个声波传感器让RoboStool知晓前面的物体。而凳子机器人与管理家务的机器人相比最大不同就是它不具备悬崖感测器(cliff sensor)。
4.紧跟主人的机器人（Huey Color Chasing Robot）
Huey轮子上安装了一个热感器。这个机器人看上去既小又简单，然而史蒂夫却一再强调这是他所设计的最为复杂，最具高科技含量的一款机器人。史蒂夫表示：“我一直对能让机器人跟着你这样的构想很着迷。”Huey能严格地遵循了机器人学的三个规则：1.始终观察前行路线；2.始终根据路线行驶；3.如果与前面物体靠得太近，马上后退。在Huey中心有一个CMUCam2+ 摄像头。它的主要功能能够对视觉信息如颜色变化等进行加工处理，从而跟踪和监视高对比度的区域。对颜色的追踪使得Huey能够以多种方式对不同的色调作出回应。如，它可以避开一个穿着蓝色毛衣的人或者对手拿粉红色方格纸张的人进行追踪。而更为重要的是，Huey能严格遵循三项指令，不厌其烦的按照行驶路线行进。
5.听从挥手指令的机器人（RoboWand Gesture-Based Remote Control & Beyond）
史蒂夫最新研制的机器人RoboWand乍眼看去类似于Wii-mote，但其制作并不复杂，它安置在一个PVC管道里面并且具有一个开关、一个无线电收发两用机、一个加速器以及一个单板计算机。史蒂夫仅仅通过挥手的动作便可以实现对RoboWand行驶方向和速度的操控。
史蒂夫还在不断地研发新的机器人，让我们对他下一个机器人拭目以待吧。（尚力）
(责任编辑：罗园)
自制机器人二:自制机器人第4集 如何做一个初学者的机器人
自制机器人第4集 如何做一个初学者的机器人
自制机器人三:想不想自制机器人？第一步是掌握它
想不想自制机器人？第一步是掌握它
人工智能机器人联盟
哒哒的马蹄不是个错误，而只是舵机在动、机器人在转。
文/马兰
机器人大火的当下，很多人跃跃欲试挑战自制机器人，很多高校、中小学也开始了机器人技术教学，如开设了小型的机器人、模块化的机器人、组件式的机器人课程。那么，在了解这些机器人产品时，有一个必然绕不过的部件——舵机。
从玩具模型中脱颖而出
业内人都知道，解剖一个小型机器人，值得评测的部件之一就是舵机，不仅因为舵机是其中最关键、使用最多的部件，而且因为现在的服务机器人市场“成也舵机、败也舵机”。
那么，舵机是个什么玩意儿？起到什么作用？
简单来说，舵机其实就是一种伺服电机系统，能够利用简单的输入信号比较精确的转动给定角度的电机系统。通俗来讲就是舵机影响转角角度，机器人手臂无论是向左转30度，还是向上抬40度，都是通过舵机控制的。
而且，舵机是一种结构精密而用途低端的伺服电机系统。
结构精密是指，一个舵机就集成了直流电机、电机控制器和减速器等设备，封装在一个便于安装的外壳里的伺服单元。
而用途显得低端既跟其来源有关，也跟其可提供的能量有关：舵机其实是个俗称，最早用于航模、船模等模型；而大部分高性能产品一般都需要自有伺服控制系统和电机，且独立存在才能支撑运转。
拆开舵机，可以看到舵机的主体结构主要有几个部分：外壳、减速齿轮组、电机、电位器、控制电路。简单的工作原理是制电路板接受来自信号线的控制信号，控制电机转动；电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机转动的方向和速度，从而达到目标停止。
简而言之，工作流程就是：控制信号→控制电路板→电机转动→齿轮组减速→舵盘转动→位置反馈电位计→控制电路板反馈。
在服务机器人时代迎来了春天
关于舵机，还有几个容易混淆的概念需要区分，明白舵机、伺服电机和步进电机有哪些不同？
伺服电机，主要用于比较精准的位置、速度或力矩输出。准确地说，伺服电机不是一个电机，而是一个系统，它包含电机、传感器和控制器。但是，直流无刷电机、交流电机都是伺服电机里面的一部分，但并不是伺服电机。而且，伺服电机可以有减速齿轮，也可以没有。
步进电机，主要是依靠定子线圈序列通电，顺次在不同的角度形成磁场，推拉定子旋转。可省掉用于测量电机转角的传感器，而且位置和速度控制相对简单。一般只用于载荷较小而且十分确定、位置精度要求并不非常高、对体积敏感或在较低价格想要做到较高可靠性的场合。最常见的应用器具有光驱、扫描仪、复印机等。
前文说过，舵机以前的应用范围局限于航模等，但现在，舵机凭借自己“简单指令就可自动转动到精确角度”的优势，在服务机器人时代迎来了春天，因为它非常适合在关节型机器人产品领域使用。而且，仿人型机器人就是舵机运用的最高境界。
依靠优质平价的舵机打开机器人市场
舵机除了应用在航模上，也偶尔会用在工业上，但更多应用场合是智能小车、智能机器人这种场合。在机器人领域，舵机更多是用在有关节的机器人身上，特别是步态行走机器人。精巧的体积，合适的扭矩，让舵机非常适合用在服务机器人的关节处进行控制，目前，舵机一般放置在步态行走电机控制中关节位置处。
现在，典型带有舵机的机器人有很多，做得较好的国外的Nao机器人、Asimo机器人和Atlas机器人，和国内的ALPHA 1S人形机器人。
不过，国内之前的舵机大多通过进口，16个舵机的成本就2000美金，大大遏制了国内机器人市场的发展。因此，国内很多企业向舵机拉开了攻坚战，出现了一些生产舵机的企业，如春天、森汗、辉胜、银燕等。其中，优必选科技有限公司成果明显。甚至有一句话如是说：中国的优必选机器人就是靠优质平价的舵机打开机器人市场的。
一款好的舵机看重一个“稳”字，需要投入多大的精力和成本，而生产高性价比的机器人，却必须先攻克舵机这一关。因此，优必选花费了较大精力做舵机的研发，现在已经掌握了一些机器人舵机关节核心技术，产品具有扭矩大、体积小、精度高等特点。更重要的是，优必选舵机性价比优势明显，成本仅为国外进口同类舵机产品价格的十分之一，大大降低了生产机器人的成本。
目前，这些舵机已经应用在优必选的机器人中。在亮相春晚的阿尔法1S，身上有16个舵机，每一个关节转动都是背后舵机的在演绎其工作原理：传感器得到信号，经芯片判断转动方向，然后驱动无核心电机转动，透过减速齿轮，动力传导至摆臂，同时位置检测器传回信号给芯片，判断是否到达指定位置。
关于舵机，有两个值得提醒的事情。一是有些人遇到了舵机堵转状态。这有可能是因为舵机个体差异的问题，也有可能在给舵机进行初始值设置时，控制值设置过高（如想让肩关节能转到180度位置，所以给了255的控制值），导致电机过热，舵机外壳融化，然后导致减速齿轮箱错位，舵机失效，机器人变残疾的情况。
第二个值得关注的地方是，现在机器人的舵机基本都是并联控制的，线都需要接到控制板上，如果能实现串联，从脚腕关键的舵机串到膝关节，一直串到髋关节，可能行动更为顺畅。其中，优必选公司的阿尔法机器人，舵机上就是使用了串口总线的连结方式，方便布线。
当舵机的问题完全解决了，机器人跑起来就指日可待了！
